也谈软土地基抗剪强度随固结变形增长的计算

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1、也谈软土地基抗剪强度随固结变形增长的计算（有效固结压力法）季宏明（中交天津港湾工程研究院有限公司、港口岩土工程交通行业重点实验室、天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津300222）摘要：根据规范给出的强度计算公式，结合朱晓东先生所写文章，分析了强度计算公式的含义，并论证了有效固结压力的计算方法。关键词：有效固结压力；抗剪强度；增长；孔隙水压力1　前言土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。前人对

2、土的抗剪强度理论计算进行了大量的研究，并取得了较大的成果，1776年，法国学者库仑提出了土的抗剪强度表达形式，并由摩尔加以补充完善；在强度增长计算方面，沈珠江、曾国熙等提出了有效固结压力法和有效应立法等强度增长理论，魏汝龙对强度增长公式进行了改进，并得到广泛应用，为国民生产作出了巨大的贡献。最近笔者拜读了《天津建设科技》2002.NO.4朱晓东先生“天津软土地基抗剪强度随固结变形增长的计算－有效固结压力法”一文（以下简称朱晓东文）,对文中所提之强度计算过程有些许困惑。因此，笔者参照前人提出的理论和规范内容，结合笔者的理解，对朱先生文中的某些小问题进行了一些粗浅的分析

3、，以供商榷。2软土地基因固结引起的强度增长计算方法对于正常固结饱和粘性土地基某点某一时间的抗剪强度，各个行业规范有自己的计算公式，建筑地基处理技术规范给出的计算公式为：　　　　　　　　　　　　　　　　⑴式中：——t时刻，该点土的抗剪强度（kPa）；——地基土的天然抗剪强度(kPa)；Δσz　——预压荷载引起的该点的附加竖向应力（kPa）；Ut　——该点土的固结度；φcu　——三轴固结不排水试验求得的土的内摩擦角(°)港口工程地基规范中对于正常压密的粘性土由荷载引起的强度增量的标准值ΔSuk的计算公式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑵式中：U——平均固结度　　

4、　——地基附加竖向应力标准值φcq　——固结快剪内摩擦角标准值(°)对于由固结引起的正常固结软土地基强度增长量，采用比较多的方法为以下两种：1、有效应力法；2、有效固结压力法，其计算公式如下：①有效应力法（根据破坏面上的强度变化进行推导，以主应力增量来表示）：　　　　　　　　　　　　　⑶式中：——地基中产生的有效主应力增量（kPa）　　②　有效固结压力法：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑷式中：——地基中某点的竖向附加应力，由弹性理论计算（kPa）；　　　——该点土的固结度以上公式⑴、⑵和⑷实质相同，均为有效固结压力法公式，适用于自重、预压作用下的地基强度增长

5、量的计算，该法既考虑土体在荷重作用下因固结引起的强度增长的有利作用，又不忽视不排水破坏过程中孔隙水压力增大的不利因素，朱晓东文正是采用此法。3计算过程分析3.1　地质情况援引朱晓东文：“路基平均填土高度超过3.5ｍ，地基土质为素填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉土，工程地质特征为含水量大，空隙比大，压缩性高、抗剪能力低、固结慢。”根据朱晓东文可知，该地基土质为正常固结粘性土地基，表层为素填土，采用的是预压施工，适用于有效固结压力法进行强度增长计算。3.2　计算方法及结果朱晓东文中采取的计算方法为有效固结压力法，相应的计算公式如式⑷，为了言简意赅，选取取计算结果的一部

6、分进行分析，其桩号3+850处的计算结果如下表所示（该表为直接引用朱晓东文中表2的一部分）：　　可从上表推知朱晓东的计算过程，下面对其进行简要分析。3.3　计算分析不难看出，该文计算过程中有效固结压力的计算方法为直接取初始附加应力、自重应力之和再减去所测之初始孔隙水压力，固结度采用的是孔压消散度，强度指标采用的是室内三轴实验的固结不排水剪，再按照有效固结压力公式进行强度增长计算，得出以上表中各计算结果。笔者认为其中有效固结压力的计算方法是不正确的，违反了有效固结压力法的计算原理，其余均无问题，以下简要分析一下公式计算原理及所含诸元。3.3.1　有效固结压力的计算所谓

7、有效固结压力，就是指能够使土体产生固结或压缩的应力。就地基土层而言，能够使土体产生固结或压缩的应力主要有两种：其一是土的自重应力；其二是外荷在地基内部引起的附加应力。当原土体属于欠固结土时，应考虑土体自重和附加应力，需根据室内实验求出先期固结压力Pc（卡萨格兰德的经验图解法），再进行计算；如土体正常固结，则只考虑外荷引起的附加应力，土体自重应力与先期固结压力Pc相互抵消。因此，地基土体的应力历史对计算有较大的影响，根据地基土不同应力历史对计算的需要，可以将式⑷表示为：　　　　　　　　　　　　⑸式中：Pc为与自重固结强度相对应的有效固结应力。正如朱晓东文中提出的：